基于FX2N三菱PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)

1、實(shí)訓(xùn)(論文)說明書 題 目：全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng) 系 別：機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)械電子工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)2013年12月30日摘 要本文主要介紹了基于三菱FX2N系列PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，包括總體設(shè)計(jì)思想、原理分析、電氣設(shè)計(jì)等內(nèi)容,全面地闡述了設(shè)計(jì)方案。實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更新。本文采用三菱公司生產(chǎn)的FX2N-24MR型PLC作為可

2、編程控制器進(jìn)行全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、工作流程圖、電路原理圖、程序梯形圖、輸入輸出接口功能表以及元器件目錄表等，同時(shí)對程序進(jìn)行了GT Desinger2觸摸屏軟件的模擬調(diào)試，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性。關(guān)鍵詞：PLC；PLC程序設(shè)計(jì)；可編程控制器；全自動(dòng)洗衣機(jī)AbstractThis article mainly introduced the automatic washing machine control system based on mitsubishi FX2N series PLC, including the overall design idea, prin

3、ciple analysis, electrical design, such as content, comprehensively expounds the design scheme. To realize fully automatic washing machine control system has a variety of, can adopt the earlier analog circuit, digital circuit, or hybrid modulus. In recent years, with the rapid development of science

4、 and technology, the application of single-chip computer, PLC constantly going deeper, at the same time the traditional control test technology constantly updated. This article produced by mitsubishi FX2N - 24 Mr PLC programmable controller as the fully automatic washing machine control system desig

5、n, and design the system structure, work flow chart, circuit principle diagram and ladder diagram program, input and output interface function table and components such as catalogue, at the same time, the program is simulated debugging, verify the feasibility of this design.Key words: PLC；The PLC pr

6、ogram design；Programmable Logic Controller；Fully automatic washing machine目 錄引言.11 緒論.11.1 設(shè)計(jì)背景.11.2 PLC簡介.11.2.1 PLC的定義.11.2.2 PLC的特點(diǎn).12 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理和控制要求.22.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理.22.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求和工作流程.33 全自動(dòng)洗衣機(jī)的硬件設(shè)計(jì).43.1 元器件的選擇.53.2 電路設(shè)計(jì).54 全自動(dòng)洗衣機(jī)的軟件設(shè)計(jì).64.1 PLC的輸入輸出接口分配.64.2 梯形圖設(shè)計(jì).75 GT Designer3軟件的仿真模擬

7、.105.1 GT Designer3觸摸屏畫面的設(shè)計(jì).105.2 PLC與GT Desinger3之間的通訊.136 總結(jié).13謝辭.15參考文獻(xiàn).16附錄.17引言目前中國洗衣機(jī)市場正進(jìn)入更新?lián)Q代期，市場潛力巨大，人們對于洗衣機(jī)的要求也越來越高，目前的洗衣機(jī)主要有強(qiáng)弱洗滌功能、進(jìn)排水系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能、暫停等七大功能，在許多方面還不能達(dá)到人們的需求。這就要求設(shè)計(jì)者們有更高的專業(yè)和技術(shù)水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需要變成現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動(dòng)洗衣機(jī)。目前的洗衣機(jī)都沒有實(shí)現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠家都注重各自品牌的洗衣機(jī)的特長，突出一兩個(gè)與別的洗

8、衣機(jī)不同的個(gè)性化的功能，洗衣機(jī)的各項(xiàng)功能是PLC控制實(shí)現(xiàn)的，控制功能靈活，因此，設(shè)計(jì)出基于PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。本設(shè)計(jì)采用物美價(jià)廉的三菱PLC為控制核心,為保證洗衣機(jī)及人身安全,設(shè)計(jì)了蜂鳴報(bào)警電路。功率驅(qū)動(dòng)電路由可控硅實(shí)施對電動(dòng)機(jī),進(jìn)水閥,排水閥的控制。使全自動(dòng)洗衣機(jī)能更加智能化,更加完善。1 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景從古至今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)。隨著時(shí)代的進(jìn)步，手搖洗衣機(jī)、蒸汽洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)相繼出現(xiàn)，到了20世紀(jì)末，電動(dòng)洗衣機(jī)已走進(jìn)千家萬戶，解放了人們的雙手。隨著科技的迅速發(fā)展，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)的出現(xiàn)引領(lǐng)了新的發(fā)展方向，使洗衣更加智能化。全自

9、動(dòng)洗衣機(jī)的特點(diǎn)是能自動(dòng)完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過程不需要人工操作。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作，整個(gè)洗衣過程自動(dòng)完成。1.2 PLC簡介1.2.1 PLC的定義可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？傊?/p>

10、，可編程控制器是一臺專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它是將傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、繼電器技術(shù)和通信技術(shù)相融合而發(fā)展起來的一種新型的控制裝置。在具體的國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用中，由于它不是針對某一具體的工業(yè)應(yīng)用，因此它的硬件應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)行配置，其軟件則根據(jù)控制要求進(jìn)行編寫。1.2.2 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高。PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無故障時(shí)間長。（2）使用方便靈活。PLC采用了基本單元擴(kuò)展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量、形式、驅(qū)動(dòng)能力等都可以根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時(shí)可以隨時(shí)更換。近年來，PLC的特殊模塊增多，這些可以

11、滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。（3）編程方法簡單易學(xué)。PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的、多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語言，如指令表、梯形圖、邏輯功能圖、順序功能圖等，程序簡潔明了，適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計(jì)算機(jī)知識的人員也很容易掌握。（4）功能強(qiáng)，性價(jià)比高。一臺小型可編程控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件。有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制要求。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比?？删幊炭刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。（5）維修方便。可編程控制器的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能?？删幊炭刂破骰蛲獠康妮斎胙b

12、置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)可編程控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理和控制要求2.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理本全自動(dòng)洗衣機(jī)為波輪式套筒洗衣機(jī)，由洗滌、脫水系統(tǒng)，進(jìn)、排水系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)等部分組成。其結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示：圖2-1 波輪式套筒洗衣機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖波輪式套筒洗衣機(jī)的工作原理：洗衣機(jī)的盛水桶和脫水桶是以同一軸心安放的。盛水桶外桶固定，作盛水用；內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水用。內(nèi)桶上有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來控制。進(jìn)水時(shí)，通過控

13、制系統(tǒng)進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到桶內(nèi)。排水時(shí)，通過控制系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波輪正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，通過控制系統(tǒng)將離合器合上，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。洗滌水位浮球開關(guān)用來檢測是否到達(dá)洗滌水位，水排空浮球開關(guān)用來檢測水是否全部排出。啟動(dòng)按鈕（開始洗滌按鈕）啟動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)行洗衣，手動(dòng)脫水按鈕用來直接選擇脫水模式，手動(dòng)停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的暫停和停止。2.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求和工作流程本全自動(dòng)洗衣機(jī)要求能實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)控制”和“手動(dòng)控制”兩種控制方式。1、 自動(dòng)控制： （1）按下啟動(dòng)鍵，進(jìn)行10秒時(shí)間的選擇，若選擇脫水，則

14、進(jìn)行脫水工作；否則10秒時(shí)間到，進(jìn)水閥門打開，冼衣桶開始進(jìn)水； （2）水位到達(dá)上限，上限開關(guān)按下，則進(jìn)水閥燈滅，表示水已經(jīng)注滿；冼衣波輪開 始旋轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)方向5秒，停2秒，右轉(zhuǎn)方向5秒，再停2秒，周而復(fù)始循環(huán)運(yùn)行3次，波輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥燈亮，開始排水； （3）水位到達(dá)下限位，下限開關(guān)按下，甩干桶指示燈亮，甩干桶開始工作20秒；20秒后又開始進(jìn)水，系統(tǒng)進(jìn)行第二次清洗工作。 （4）兩次洗滌完成，蜂鳴器響，5秒后整個(gè)冼衣過程自動(dòng)停止； （5）按下停止鍵，冼衣機(jī)停止工作；其中：系統(tǒng)能對水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在洗衣過程中若水位低于上限位，則進(jìn)水閥門自動(dòng)打開進(jìn)行補(bǔ)水。2、 手動(dòng)控制：在按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，若選擇脫

15、水，則排水閥門打開，開始脫水工作，20秒后蜂鳴器響，5秒后系統(tǒng)停止。 工作流程圖2-2所示： 開始 脫水 洗滌/脫水？洗滌 進(jìn)水 N 達(dá)到上限位？ Y 關(guān)閉進(jìn)水閥 電機(jī)正轉(zhuǎn)5s 停2s 電機(jī)反轉(zhuǎn)5s 停2s N 達(dá)到5次？ Y 排水 脫水 N 達(dá)到2次？ Y 蜂鳴器響5s 結(jié)束 圖2-2 工作流程圖3 全自動(dòng)洗衣機(jī)的硬件設(shè)計(jì)3.1 元器件的選擇（1）PLC的選擇本設(shè)計(jì)所用PLC采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列機(jī)型中的FX2N-24MR型，此PLC有12個(gè)輸入接口和12個(gè)輸出接口，輸出接口為繼電器型。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列，由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了

16、標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程序執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充了通信功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，擁有強(qiáng)大的靈活性和控制能力。（2）電動(dòng)機(jī)的選擇本洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)選用了家用電器常用的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)。選擇YY104-180型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)，額定功率360W，額定電壓220V，額定轉(zhuǎn)速1350r/min，額定電流1.7A。3.2 電路設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì)如下： L 220V N FU Q KM1 KM2 FR M 電機(jī) 2 圖3-1 主電路圖PLC控制電路設(shè)計(jì)如下： 圖3-2 PLC控制電路圖 其中：在主電路和控制電路中FU為熔斷器，Q為單刀開關(guān)；KM1和KM2線圈分別控制電動(dòng)機(jī)

17、M的正反轉(zhuǎn)；FR為熱繼電器，其作用是起電路的過載保護(hù)；F1和F2為高低水位的傳感器，用于監(jiān)控水位。蜂鳴器用于洗衣結(jié)束報(bào)警。4 全自動(dòng)洗衣機(jī)的軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC的輸入輸出接口分配PLC的輸入輸出（I/O）接口分配如下： 表4-1 PLC的輸入輸出接口分配表輸入輸出輸入端口文字符號工位名稱輸出端口文字符號工位名稱X000SB1開始洗滌按鈕Y000KM1電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器X001SB2手動(dòng)停止按鈕Y001KM2電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器X002SB3手動(dòng)脫水按鈕Y004L1進(jìn)水指示燈X003F1高水位按鈕Y005L2排水指示燈X005F2低水位按鈕Y006PM報(bào)警蜂鳴器Y007YA1進(jìn)水電磁閥Y010YA2排水

18、電磁閥Y011HL脫水4.2 梯形圖設(shè)計(jì)（1） 啟動(dòng)按鈕X0和停止按鈕X1 （2） 啟動(dòng)后進(jìn)入功能選擇，倒計(jì)時(shí)10S，若在10S內(nèi)選擇了脫水（X2）則跳至脫水步驟，否則在10S結(jié)束后開始正常洗滌 （3）10S后洗滌開始，Y7進(jìn)水電磁閥打開，開始進(jìn)水，當(dāng)水位到達(dá)高水位時(shí)X3 ON時(shí)開始正轉(zhuǎn)洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌5S暫停2S。 （4） 正轉(zhuǎn)暫停結(jié)束后開始反轉(zhuǎn)洗滌，洗滌5S，暫停2秒。 （5） 當(dāng)正反轉(zhuǎn)洗滌次數(shù)到達(dá)3次后開始排水（至低水位X5）、脫水（20S）。 （6） 完成上述步驟后為一個(gè)循環(huán)（手動(dòng)排水脫水不計(jì)），C1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿2次后報(bào)警5S，洗衣結(jié)束。 5 GT Designer3軟件的仿真模擬5.1

19、 GT Designer3觸摸屏畫面的設(shè)計(jì)（1）本次采用的是觸摸屏畫面軟件GT Designer3實(shí)現(xiàn)對全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)時(shí)模擬監(jiān)控。根據(jù)要求對軟件進(jìn)行設(shè)置。首先打開GT Designer3新建工程，機(jī)種選擇三菱電機(jī)的GT11系列的MELSEC-FX，其它選擇默認(rèn)，直到創(chuàng)建結(jié)束出現(xiàn)如圖5-1的GT Designer3的畫面的基本構(gòu)成。 圖5-1 GT Designer3軟件畫面基本構(gòu)成 （2） 仿真模擬畫面設(shè)計(jì) 圖5-2 首頁顯示 圖5-3 密碼輸入顯示頁 圖5-4 密碼修改顯示頁 圖5-5 數(shù)據(jù)設(shè)置顯示頁 圖5-6 主畫面顯示頁5.2 PLC與GT Desinger3之間的通訊將編好的梯形圖程

20、序和觸摸屏畫面進(jìn)行通訊，首先打開GT simulator 3仿真軟件，選擇與前面GT Desinger3一樣的GT11系列模擬器。進(jìn)入文件選擇，選擇要模擬的程序，即編好的梯形圖程序所保存的位置，然后打開設(shè)計(jì)好的工程，即觸摸屏畫面。這樣就可以對所編的程序進(jìn)行實(shí)時(shí)的模擬仿真。進(jìn)行觸摸屏畫面的模擬可以檢測所編程序的正確與否，這樣可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行修改，最后達(dá)到所需的要求。6 總結(jié)綜上全文所述，本文對PLC及GT Desinger軟件的工作原理、適用領(lǐng)域等作出了介紹，根據(jù)洗滌的要求采用PLC設(shè)計(jì)出了全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)，并使用觸摸屏仿真軟件對整個(gè)洗滌過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。用GT Desinger3實(shí)現(xiàn)對洗滌系統(tǒng)的監(jiān)控，更直觀的展現(xiàn)出全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗滌過程，很好的解決了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的局限性。在設(shè)計(jì)過程中，閱讀了相關(guān)的資料和文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)到了很多的知識，在流程圖的設(shè)計(jì)，梯形圖的繪制，以及功能的拓展，軟件的實(shí)用等方面都有了很大的進(jìn)步。彌補(bǔ)了之前學(xué)習(xí)時(shí)在這方面的短缺。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了不少問題，比如在剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候程序之間的輸入與輸出會(huì)出現(xiàn)相互矛盾而導(dǎo)致無法正常工作，隨著深入的研究和資料的查閱慢慢的掌握了